BALANCESPARASISTEMASCOMPLEJOS

ESQUEMADECALCULO

Los sistemas complejos son mucho mas complicados de abordar que los sistemassimplesolospequeosgruposdeequipos,comosehanvistohastaahora.

Aparecen una serie de equipos o grupos de ellos donde en cada uno se debenplantearlosbalancesdemateriay/oenergayaconocidos.

LAS RELACIONES QUE APARECERAN NO DIFIEREN DE LAS QUE OBTUVIMOS ALESTUDIARCASOSAISLADOS.

Fundamentalmente se debe extremar el cuidado en el planteo de ecuaciones,especificacindecorrientes,caudales,temperaturasypresionesconocidosybsquedade informacincomplementariacomopropiedadestermofsicas,constantescinticasydeequilibrio,entalpasdereaccinydecambiode fase,coeficientesdetransferencia,etc.

LAETAPACLAVEPARALAREALIZACIONDEBALANCESDEESTETIPOESUNACORRECTAORGANIZACINde:

1 Datosdisponibles

2 Incgnitas

3 Clculos

4 Pensamiento

5 Solucin

Veremosconalgndetallecadatem

1 ORGANIZACINDELOSDATOSDISPONIBLES

Estospuedenserincompletos,excesivos,inadecuadosy/oincorrectos.

Paraorganizarlossedebe:

Elegirunabasedeclculoadecuada.

Dibujar un diagrama de flujo del sistema donde figuren todas las corrientes deentradaydesalida.

Tambindebende figurar todas las temperaturasypresionesconocidasydatosdeequiposauxiliarescomointercambiadores(enfriadores,calentadores,condensadores,evaporadores),controles,etc.

Convertirtodoslosdatosaunsistemadeunidadesadecuado.

Tabulartodalainformacinposible.

2 ORGANIZACINDELASINCOGNITAS

Una vez que se ha decidido lo que hay que calcular se procede a una organizacinsistemticadelosclculos:

Eligiendo los smbolos o nomenclatura adecuados para designar a las magnitudes(conocidasono).

Recogiendotodainformacinadicionalqueseaprecisa.

3 ORGANIZACINDELOSCALCULOS

NosepuederealizarundiseosatisfactorioniserunbuenIngenierodeProcesossinose puede operar con soltura, lgica, exactitud y sistemtica. Hay que organizar losclculosdeformaqueunomismouotropuedanseguirlosconfacilidadysinposibilidaddemalasinterpretacionesypoderverificar(reproducir)losresultadosobtenidos.

Elegirunabasedeclculo:Generalmenteserunpesoovolumenespecificadoenunacorrientedeproceso.Enlossistemasdeflujoserciertoperododetiempo.

Establecer las magnitudes de todas las corrientes conocidas y desconocidas enfuncindeesabasedeclculo.

Plantearlosbalancesparcialesdeenergaenfuncindeella.

Establecertodaslasposiblesrelacionesindependientesentrelasvariables.

4 ORGANIZACINDELPENSAMIENTO

Para realizar un trabajomental con elmnimo esfuerzo es necesario organizarse yseguirlneasdepensamientoadecuadas.

Alabordarunnuevoproblemageneralmentesepuedealcanzarmas fcilmenteunasolucinsatisfactoriasiselogra:

Catalogaralmismodentrodeuntipodeterminado.

Relacionarconunproblemapreviamenteestudiado.

Resolverparcialmente.

Replanteardeotraforma.

5 ORGANIZACINDELASOLUCION

La solucin de todo sistema complejo se puede ydebe verificar. Para ello es posiblerecurriralossiguientesprocedimientos:

Resolverelproblemaporotromtodooconotrabasedeclculoycomparar losresultados.

Calcularlosvaloresdetodaslasincgnitas(anlasnoimprescindibles)ycomprobarlosresultados.

Determinarelordendemagnituddeloserrores.

Comprobar todas lasnuevasecuacioneso relacionesque se generen y aplicarlaspararesolverotroscasoscuyasolucinseconozca.

EJEMPLODEUNSISTEMARELATIVAMENTECOMPLEJO

CORRIENTE/CARACTERISTICAS Cpdelquido

BT/(lbF)

Hv

BTU/lb

Cpdevapor

BT/(lbF)

Temperaturade

Condensacin(F)

Cargadeaceite 0.53 100 0.45 480

DestiladoDI 0.59 111 0.51 250

ResiduoR 0.51 92 0.48 500

DestiladoDII 0.63 118 0.58 150

ResiduoN 0.58 107 0.53 260

RELACIONESDEREFLUJOTorre1:3/1Torre2:2/1

INTERESACONOCER:

1 Balancestotalesdemateriayenerga

2 Balancesparcialesparacadaunidad

3 Cantidaddecalorquedebesuministrarelhorno

4 Cantidadadicionaldecalorquesenecesitaenelhornosi lacorrienteentrantenoseprecalientaa200F.

RESOLUCION

1 ComosesuponeestadoestacionarioENTRA=SALE

P=R+N+G(todosconocidos)

2 TorreI,CondensadorIyPrecalentadorI

P=R+SISI=500000lb/daLI/SI=3LI=1500000lb/daDI=LI+SIDI=2000000lb/da

TorreII,CondensadorIIyPrecalentadorII

SI=G+N(todasconocidas)

LII/G=2>LII=600000lb/da

3 De lafrmulageneraldelBalancedeEnergaquedamosreducidosaexpresionesdeltipo

Estebalancetotaldesarrolladoquedacomo:

CondensadorI:Siemprees sist= alrededores

=DI(CpLI(180250)VI)=WICpH2O(12070)

=304.6106BTU/da

WI=6.092106lb/da

CondensadorII:

=DII(CpLII(120150)VII)=WIICpH2O(11070)

=123.21106BTU/da

WII=3.080106lb/da

CambiadorII:

=GCpLII(90120)=WIIICpH2O(8070)

=5.67106BTU/da

WIII=567000lb/da

Horno:

=P[CpLP(480200)+vP+CpVP(500480)]

=257.4106BTU/da

SinoseprecalentaselacargaPa200F:

=P[CpLP(48090)+vP+CpVP(500480)]

=319.7106BTU/da

PrecalentadorI:

=SICPLI(260180)

=23.6106BTU/da

VERIFICACIONDELOSRESULTADOS

Losbalancesdemateriacierrantodos.

Sepodran calcularalgunas temperaturasnopedidaso verificaralgunasde lasquesondatos(recalculndolas):

Porejemplo:

TemperaturadelResiduo(Nafta)delaTorreII

0=N(CpRII(90TRII))P(CpLP(14090))

TRII=318.4FESUNVALORRAZONABLE BalanceenelCambiadorIII

Deberaser0=P[CpLP(200140)]R[CpRI(90480)]

31.800.000 +89.250.000

Algunodelosdatosusadosnoesvlido(enestecasoTRI=90F).SiladespejamosdelosotrosvaloresaceptadossetieneTRI=355.3F.